גלי רדיו המסוגלים “לראות” דרך קירות

מהנדסים מאוניברסיטת יוטה הציגו רשת אלחוטית של משדרי רדיו המסוגלת לזהות תנועת בני אדם מאחורי קירות. המערכת יכולה לסייע למשטרה ולכוחות הכיבוי, לעצור פורצים, להציל בני ערובה, קורבנות שריפה ולהתריע על אנשים מבוגרים אשר נפלו בביתם. כמו כן המערכת יכולה לתרום לשיווק קמעונאי ולבקרת גבולות.

“באיתור מיקומם של אנשים במצב בני ערובה בבניין, או במצבי חירום כמו שריפה,  טומוגרפיית  רדיו יכולה לסייע לכוחות החוק ולמגישי העזרה לדעת היכן לרכז את תשומת הלב שלהם”, כתבו ג’ואי וילסון וניל פאטוורי באחד משני המחקרים החדשים על שיטה זו.  פאטוורי , אסיסטנט לפרופ’, ווליסון, דוקטורנט הינם חוקרים מאוניברסיטת יוטה במחלקה להנדסת חשמל ומחשבים.

השיטה שלהם משתמשת בהדמיית טומוגרפיית רדיו (RTI- Radio Tomographic Imaging), המסוגלת “לראות”, למקם ולאתר אנשים או אובייקטים הנעים באיזור המוקף במקמ”שי רדיו לא יקרים, השולחים ומקבלים אותות. אין על האנשים לשאת תגיות ID המשדרות גלי רדיו.

אחד המחקרים – המתאר את השיטה והבדיקות באטריום בפנים בית ובאיזור עשבי עם עצים – יפורסם בקרוב ב- on Mobile Computing  IEEE Transactions.

במחקר מוקמה רשת אלחוטית של 28 מקמ”שי רדיו לא יקרים – הנקראים Nodes – באזור מסוים מהחדר הפנימי בצורה של ריבוע, ובצורה דומה גם בדשא בחוץ. בחדר הפנימי כל צד של הריבוע אורכו כמעט 14 רגל ולו 8 nodes במרווחים של 2 רגל זה מזה. בדשא, אורך הריבוע היה כ- 21 רגל מכל צד והמרחק בין ה- nodes היה 3 רגל זה מזה. המקמ”שים מוקמו על עמדות הבנויות מצינורות פלסטיק בגובה של 4 רגל, כך ניתן יהיה למדוד כאילו היו דמויות אדם.

עוצמות אות הרדיו בין ה- Nodes נמדדו כאשר אדם התהלך בכל איזור. המידע המעובד הוצג במסך מחשב, כתמונת מעוף הציפור, ככתם דמות אדם.

מחקר שני תיאר בדיקה של שיטה משופרת המאפשרת “איתור דרך קירות”. המחקר נמצא ב- arXiv.org, ארכיב און-ליין עבור עבודות מדעיות שטרם פורסמו. המחקר מתאר כיצד שינויים בעוצמות אות רדיו ברשת אלחוטית של 34 nodes אפשרה איתור של אנשים הנעים מאחורי קיר לבנים.

השיטה נבדקה במבנה, ושינויים בגלי הרדיו נמדדו כאשר ווילסון הסתובב בתוכו.  המערכת איתרה בהצלחה את מיקומו של ווילסון בקירוב של 3 רגל.

המערכת האלחוטית בה השתמשו בניסויים אינה רשת Wi-Fi השמישה במחשבים ביתיים, מדפסות ומכשירים אחרים. לדברי פאטוורי, המערכת ידועה כרשת Zigbee, רשת שלעיתים משתמשים בה בתרמוסטטים ביתיים אלחוטיים ובאוטומציה ביתית או מפעלית אחרת.

ווילסון הציג הדמיית טומוגרפיית רדיו בכנס תקשורת ניידת בשנה שעברה, וזכה בתחרות ה- MobiCom 2008. לחוקרים ניתן פטנט על שיטה זו.

“שאיפותיי הינן למסחר שיטה זו”, אומר ווילסון, שהקים חברת spinoff בשם Xandem Technology LLC בסולט לייק סיטי.

המחקר מומן ע”י ה- National Science Foundation.

כיצד עובדת השיטה

הדמיית טומוגרפיית רדיו  (RTI) הינה שונה ומשמעותית פחות יקרה מרדאר, שבה אותות רדיו או רדאר מוחזרים מהמטרות וההדים החוזרים או ההשתקפויות מספקים את מיקום המטרה ומהירותה.  ב- RTI מודדים “צללים” בגלי רדיו הנוצרים כאשר הם עוברים דרך אדם או אובייקט.
RTI מודד עוצמות אותות רדיו במסלולים רבים, כאשר גלי הרדיו עוברים דרך אדם או מטרה אחרת. ניכר דמיון לסריקת CT רפואית, בה משתמשים ב- X-rays כדי ליצור תמונות של הגוף האנושי ולהדמיה סיסמית, בה יש שימוש בגלים או פיצוצים של רעידת אדמה, במטרה לחפש נפט, מינרלים ומבני סלע מתחת לאדמה. בכל השיטות, נלקחות מדידות של גלי הרדיו, X-rays או גלים סיסמיים במסלולים שונים דרך המטרה, והמדידות מאפשרות ליצור הדמיה במחשב.

בניסויים שערכו ווילסון ופאטוורי בתוך הבית, מחוצה לו ודרך קירות, הם השיגו מדידות של עוצמות אותות רדיו מכל המקמ”שים – בתחילה כאשר המלבן שיצרו היה ריק ואז כאשר אדם עבר דרכו. הם פיתחו פורמולות מתמטיות והשתמשו בהם בתוכנת מחשב להמרה של אותות חלשים יותר או “מוחלשים”, שנוצרו כאשר מישהו יצר “צללים” כאשר עבר דרך אותות הרדיו.

ל- RTI מספר יתרונות. “אותות RF יכולים לעבור דרך מכשולים כגון קירות, עצים, עשן,  בעוד שמערכות הדמיה אופטיות ואינפרה אדום אינם יכולות”, כתבו המהנדסים.”הדמיית RF עובדת גם בחשיכה, היכן שמצלמות וידאו נכשלות. “אפילו אם מצלמות וידאו יכולות לפעול, סוגיית הפרטיות מונעת את השימוש בהן”. “מערכת RTI מספקת תמונות עכשוויות של מיקום האנשים, והתנועות שלהם, אולם לא ניתן באמצעותן לזהות אנשים”.

האם הפגזה ע”י גלי רדיו מהווה סכנה ? ווילסון טוען שהמכשירים “משדרים גלי רדיו בעוצמות הפחותות פי 500 מטלפון סלולארי טיפוסי”. “כמו כן אינך מכוון את ההפגזה לכיוון ראשך”, הוסיף פאטוורי.

‘עיני’ רדיו למטרות הצלה

לדברי פאטוורי המערכת עדיין זקוקה לשיפורים. “אולם במצבים מסויימים, כמו מצב של בני ערובה, או אירוע בו מסוכן למשטרה או לשירותי הכיבוי  להיכנס לבניין , במקום להיכנס לבניין, ניתן לזרוק ולפזר תריסרי משדרי רדיו מסביב לבניין ולקבל מיידית תמונת מחשב המראה היכן אנשים נעים בתוך הבניין.  “המשדרים ניתנים לשימוש חוזר וניתן לאסוף אותם לאחר מכן”.

“הטכניקה אינה יכולה להבחין בין הפושעים לבין האזרחים החפים מפשע, אולם לפחות צוותי החירום יודעים היכן הם ממוקמים”, הוא מוסיף.

טומוגרפיית רדיו יכולה להשתפר ולאתר אנשים הלכודים בשריפה לעומת זיהוי של האש המתפשטת.

ווילסון מאמין שניתן להשתמש בהדמיית רדיו “במערכות אזעקה חכמות יותר.. בהן מושתלים משדרי רדיו בבית (בתוך הקירות או בשקעים), ומשתמשים בטומוגרפיה כדי לזהות חדירה ומיקום של פורצים. ניתן יהיה לעקוב אחר הפורץ און-ליין או באמצעות הטלפון הסלולארי”.

ניתן יהיה גם להשתמש בטומוגרפיית רדיו כדי ללמוד היכן אנשים מרבים להתעכב בחנויות.
“האם תצוגה שיווקית מסוימת גורמת לאנשים לעצור או לא”, דברי ווילסון. “חנויות קמעוניות או מכולות משקיעים סכומים גבוהים של כסף כדי להחליט היכן למקם את דגני הבוקר, היכן לשים את מוצרי החלב והיכן ימוקמו הלחמים. אני יכול להציע להם מידע זה באמצעות הדמיית טומוגרפיית רדיו”.

מעקב בהדמיית רדיו יכולה גם לסייע ולעקוב אחר אנשים מבוגרים בבתיהם. “קשישים מעוניינים להישאר בבתיהם ללא מצלמה העוקבת אחריהם כל היום”, אומר ווילסון. “בהדמיית טומוגרפיית רדיו, ניתן לעקוב היכן הם בתוך הבית, האם קמו בזמן הנכון, האם ניגשו לארון התרופות או שלא זזו כל היום”. מחשב המנטר את התמונות המתקבלות מהרדיו יכול לזהות קשיש שנפל במדרגות ע”י זיהוי תנועה מהירה ופתאומית.

מעקב ע”י רדיו הינה שיטה יחסית לא יקרה גם עבור בטחון גבולות, שעשויה לעבוד גם בתנאי חשיכה וערפל בניגוד למצלמות.

שימוש אפשרי אחר:  בקרה אוטומטית על תאורה, חימום ומיזוג אויר בבניינים. מעקב ברדיו יכול אפילו להיות בשימוש במערכות לבקרת רעש, כך שהסאונד הטוב ביותר יופנה למקום בו ממוקמים האנשים, כמו כן למערכות לביטול רעש שיופעלו אוטומטית במקורות רעש.